Mg脱氧夹杂物对大线能量焊接HAZ组织的影响.pdf

工程科学学报 Chinese Journal of Engineering Mg脱氧夹杂物对大线能量焊接AZ组织的影响徐龙云杨健王睿之 Influence of inclusions with Mg deoxidation on the microstructure in the heat-affected zone of steel plates after high-heat- input welding XU Long-yun.YANG Jian.WANG Rui-zhi 引用本文：徐龙云，杨健，王睿之.Mg脱氧夹杂物对大线能量焊接HAZ组织的影响[J.工程科学学报，2020,42(S):9-13.doi: 10.13374/i.issn2095-9389.2020.04.05.s10 XU Long-yun,YANG Jian,WANG Rui-zhi.Influence of inclusions with Mg deoxidation on the microstructure in the heat-affected zone of steel plates after high-heat-input welding[J].Chinese Journal of Engineering,2020,42(S):9-13.doi:10.13374/j.issn2095- 9389.2020.04.05.s10 在线阅读View onlines:htps/ldoi.org10.13374/.issn2095-9389.2020.04.05.s10 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 低合金钢焊接热影响区的微观组织和韧性研究进展 Research progress on microstructures and toughness of welding heat-affected zone in low-alloy steel 工程科学学报.2017,395：643htps:doi.org/10.13374.issn2095-9389.2017.05.001 钛稀土复合处理对C-M钢粗晶热影响区组织及韧性的影响 Influence of Ti-rare earth addition on microstructure and toughness of coarse grain heat-affected zone in C-Mn steel 工程科学学报.2017,396)：846 https:1doi.org/10.13374 j.issn2095-9389.2017.06.005 铝含量对TWIP钢中夹杂物特征及AIN析出行为的影响 Influence of Al content on the characteristics of non-metallic inclusions and precipitation behaviors of AIN inclusions in TWIP steel 工程科学学报.2017,397)：1008htps:doi.org10.13374.issn2095-9389.2017.07.005 稀土-镁复合处理对GCr15轴承钢中夹杂物的影响 Effect of rare earth and magnesium complex treatment on inclusions in GCr15 bearing steel 工程科学学报.2019,41(6：763 https:1doi.org10.13374.issn2095-9389.2019.06.008 AI-Ca复合合金钢水脱氧机理的研究 Study on steel deoxidation with Al-Ca compound alloy 工程科学学报.2017,395)：702htps:/oi.org10.13374.issn2095-9389.2017.05.008 富Nb复合碳氨化物对22Crl5Ni3.5 CuNbNI奥氏体钢焊接模拟热影响区组织和性能的影响 A simulation of the effect of Nb-rich carbonitride on the structure and properties of weld HAZ of 22Cr15Ni3.5CuNbN austenitic steel 工程科学学报.2019,41(7)：889htps:/1doi.org10.13374.issn2095-9389.2019.07.007

Mg脱氧夹杂物对大线能量焊接HAZ组织的影响徐龙云杨健王睿之 Influence of inclusions with Mg deoxidation on the microstructure in the heat-affected zone of steel plates after high-heatinput welding XU Long-yun, YANG Jian, WANG Rui-zhi 引用本文: 徐龙云, 杨健, 王睿之. Mg脱氧夹杂物对大线能量焊接HAZ组织的影响[J]. 工程科学学报, 2020, 42(S): 9-13. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.04.05.s10 XU Long-yun, YANG Jian, WANG Rui-zhi. Influence of inclusions with Mg deoxidation on the microstructure in the heat-affected zone of steel plates after high-heat-input welding[J]. Chinese Journal of Engineering, 2020, 42(S): 9-13. doi: 10.13374/j.issn2095- 9389.2020.04.05.s10 在线阅读 View online: https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.04.05.s10 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 低合金钢焊接热影响区的微观组织和韧性研究进展 Research progress on microstructures and toughness of welding heat-affected zone in low-alloy steel 工程科学学报. 2017, 39(5): 643 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.05.001 钛稀土复合处理对C-Mn钢粗晶热影响区组织及韧性的影响 Influence of Ti-rare earth addition on microstructure and toughness of coarse grain heat-affected zone in C-Mn steel 工程科学学报. 2017, 39(6): 846 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.06.005 铝含量对TWIP钢中夹杂物特征及AlN析出行为的影响 Influence of Al content on the characteristics of non-metallic inclusions and precipitation behaviors of AlN inclusions in TWIP steel 工程科学学报. 2017, 39(7): 1008 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.07.005 稀土-镁复合处理对GCr15轴承钢中夹杂物的影响 Effect of rare earth and magnesium complex treatment on inclusions in GCr15 bearing steel 工程科学学报. 2019, 41(6): 763 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.008 Al-Ca复合合金钢水脱氧机理的研究 Study on steel deoxidation with Al-Ca compound alloy 工程科学学报. 2017, 39(5): 702 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.05.008 富Nb复合碳氮化物对22Cr15Ni3.5CuNbN奥氏体钢焊接模拟热影响区组织和性能的影响 A simulation of the effect of Nb-rich carbonitride on the structure and properties of weld HAZ of 22Cr15Ni3.5CuNbN austenitic steel 工程科学学报. 2019, 41(7): 889 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.007

工程科学学报.第42卷，增刊1：9-13.2020年12月 Chinese Journal of Engineering,Vol.42,Suppl.1:9-13,December 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.04.05.s10;http://cje.ustb.edu.cn Mg脱氧夹杂物对大线能量焊接HAZ组织的影响徐龙云1,2)，杨健1,2)四，王睿之12 1)上海大学材料科学与工程学院.上海2004442)上海大学省部共建高品质特殊钢治金与制备国家重点实验室，上海200444 ☒通信作者，E-mail:yang_jian@tshu.edu.cn 摘要研究了夹杂物对Mg脱氧钢焊接热影响区(HAZ)组织及冲击韧性的影响.研究结果表明，MgO-MS复合夹杂物形貌随着A1的添加发生显著变化.当AI质量分数为0.001%时.由中心单一MgO粒子与外围MS相组成：当A1质量分数为 0.020%时.其形貌为夹杂物中多个细小的MgO粒子嵌入MS相中.前者可诱发晶内针状铁素体(IAF)形核，而后者不具备该能力，故HAZ中主要晶内组织分别为塑性IAF、脆性侧板条铁素体.因此，未添加AI钢的4O0kJcm大线能量焊接 HAZ韧性优于添加AI钢. 关键词Mg脱氧：夹杂物：A:大线能量焊接：热影响区：韧性分类号TF76 Influence of inclusions with Mg deoxidation on the microstructure in the heat-affected zone of steel plates after high-heat-input welding XU Long-yun 2),YANG Jian2,WANG Rui-zhi2) 1)School of Materials Science and Engineering,Shanghai University,Shanghai 200444,China 2)State Key Laboratory of Advanced Special Steel,Shanghai University,Shanghai 200444,China Corresponding author,E-mail:yang_jian@t.shu.edu.cn ABSTRACT The effects of inclusions on the microstructure and toughness of the heat-affected zone (HAZ)in steel plates with Mg deoxidation after high-heat-input welding were investigated in the present study.The results indicate that the morphologies of MgO-MnS complex inclusions in steel are changed obviously with the addition of Al.When containing 0.001%Al (mass fraction),the inclusions consist of a central single MgO particle and an outside MnS phase.When containing 0.020%Al,they are comprised of several small MgO particles entrapped by the MnS phase.Because the former inclusion can nucleate intragranular acicular ferrites(IAFs)and the latter is non-nucleant,the main intragranular microstructures in the HAZs are ductile IAFs and brittle ferrite side plates,respectively. Therefore,the HAZ toughness of the steel plate without Al addition after a high-heat-input welding of 400 kJ.cm is significantly better than that of the steel plate with Al addition. KEY WORDS Mg deoxidation;inclusions:Al:high-heat-input welding;heat-affected zone:toughness 炼钢领域已针对去除不利于最终产品性能的从此，钢中弥散分布的微细夹杂物的功能化备受夹杂物进行了大量研究工作-)Takamura与关注-川目前，氧化物冶金技术已成为改善厚板 Mizoguchi于1990年在第六届国际钢铁大会首大线能量焊接热影响区(Heat-affected zone,HAZ) 次提出了“氧化物冶金(Oxide metallurgy)”的概念韧性的最有效途径2-1夹杂物可作为奥氏体晶收稿日期：2020-04-05 基金项目：国家自然科学基金资助项目(U1960202)

Mg 脱氧夹杂物对大线能量焊接 HAZ 组织的影响徐龙云1,2)，杨健1,2) 苣，王睿之1,2) 1) 上海大学材料科学与工程学院，上海 200444 2) 上海大学省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室，上海 200444 苣通信作者，E-mail：yang_jian@t.shu.edu.cn 摘要研究了夹杂物对 Mg 脱氧钢焊接热影响区（HAZ）组织及冲击韧性的影响. 研究结果表明，MgO–MnS 复合夹杂物形貌随着 Al 的添加发生显著变化. 当 Al 质量分数为 0.001% 时，由中心单一 MgO 粒子与外围 MnS 相组成；当 Al 质量分数为 0.020% 时，其形貌为夹杂物中多个细小的 MgO 粒子嵌入 MnS 相中. 前者可诱发晶内针状铁素体（IAF）形核，而后者不具备该能力，故 HAZ 中主要晶内组织分别为塑性 IAF、脆性侧板条铁素体. 因此，未添加 Al 钢的 400 kJ·cm−1 大线能量焊接 HAZ 韧性优于添加 Al 钢. 关键词 Mg 脱氧；夹杂物；Al；大线能量焊接；热影响区；韧性分类号 TF76 Influence of inclusions with Mg deoxidation on the microstructure in the heat-affected zone of steel plates after high-heat-input welding XU Long-yun1,2) ，YANG Jian1,2) 苣，WANG Rui-zhi1,2) 1) School of Materials Science and Engineering, Shanghai University, Shanghai 200444, China 2) State Key Laboratory of Advanced Special Steel, Shanghai University, Shanghai 200444, China 苣 Corresponding author, E-mail: yang_jian@t.shu.edu.cn ABSTRACT The effects of inclusions on the microstructure and toughness of the heat-affected zone (HAZ) in steel plates with Mg deoxidation after high-heat-input welding were investigated in the present study. The results indicate that the morphologies of MgO–MnS complex inclusions in steel are changed obviously with the addition of Al. When containing 0.001% Al (mass fraction), the inclusions consist of a central single MgO particle and an outside MnS phase. When containing 0.020% Al, they are comprised of several small MgO particles entrapped by the MnS phase. Because the former inclusion can nucleate intragranular acicular ferrites (IAFs) and the latter is non-nucleant, the main intragranular microstructures in the HAZs are ductile IAFs and brittle ferrite side plates, respectively. Therefore, the HAZ toughness of the steel plate without Al addition after a high-heat-input welding of 400 kJ·cm−1 is significantly better than that of the steel plate with Al addition. KEY WORDS Mg deoxidation；inclusions；Al；high-heat-input welding；heat-affected zone；toughness 炼钢领域已针对去除不利于最终产品性能的夹杂物进行了大量研究工作 [1−5] . Takamura 与 Mizoguchi[6] 于 1990 年在第六届国际钢铁大会首次提出了“氧化物冶金（Oxide metallurgy）”的概念. 从此，钢中弥散分布的微细夹杂物的功能化备受关注[7−11] . 目前，氧化物冶金技术已成为改善厚板大线能量焊接热影响区（Heat-affected zone, HAZ）韧性的最有效途径[12−15] . 夹杂物可作为奥氏体晶收稿日期: 2020−04−05 基金项目: 国家自然科学基金资助项目（U1960202）工程科学学报，第 42 卷，增刊 1：9−13，2020 年 12 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 42, Suppl. 1: 9−13, December 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.04.05.s10; http://cje.ustb.edu.cn

10 工程科学学报.第42卷，增刊1 粒内部针状铁素体的异相形核点，形成交叉互锁 MnS相组成状的细小晶内针状铁素体(Intragranular acicular 2.2夹杂物统计分析 ferrite,IAF),从而提高厚板HAZ韧性夹杂物 3 Mg1Al和3Mg20AI钢中夹杂物自动统计分特性，包括成分、尺寸和形貌等，在IAF形核中发析的分析面积分别为38.8和31.6mm2.夹杂物个挥重要作用-2刘目前，强脱氧剂，如Mg,已应用数分别为3750和3003.3Mg1A1和3Mg20A1钢中于开发先进的氧化物冶金技术2-1本文研究了夹杂物数量密度分别为96.65和95.03mm2,平均不同AI含量Mg脱氧钢中夹杂物对400kJcm1大尺寸分别为3.47和2.03m.图2为两组钢样中夹线能量焊接HA☑组织及冲击韧性的影响杂物尺寸分布.3Mg1A1和3Mg20A1钢中尺寸在2~ 1实验方法 5um之间的夹杂物频率分别为72.29%和29.77% 相对而言，3Mg20A1钢中尺寸在1~2um之间的夹通过50kg真空感应炉分别冶炼2组Mg脱氧杂物频率高达63.73%.可见，3Mg20A1钢中夹杂物钢样，编号3Mg1A1和3Mg20AL.表1为钢样主要比3Mg1A1钢中夹杂物尺寸略小化学成分.如表1所示，3MglA1和3Mg20A1中 2.3HAZ组织与韧性 A1质量分数分别为10×106和200×106，其他元素通过对实验钢样400kJcm大线能量焊接含量接近.随后浇注成120mm×180mm×240mm HAZ组织观察发现，在3Mg1A1和3Mg20A1钢铸锭.每个铸锭经热轧成50mm厚钢板. HAZ组织中均可明显观察到呈网状分布的晶界铁为了评价实验钢板HAZ韧性，采用Gleeble 素体(Grain boundary ferrite,GBF).然而，3 Mg1Al 3800热模拟试验机进行大线能量焊接热模拟实的奥氏体晶粒内部组织明显不同于3Mg20Al.在验，模拟50mm厚钢板400kJcm'埋弧焊.实验过 3 Mg1Al钢中，发达的IAF几乎占据整个奥氏体晶程中，峰值温度为1400℃并保温3s.从1400冷却内部分.不同于3Mg1AL,3Mg20A1晶内组织主要至800℃、800冷却至500℃、500冷却至300℃ 是贯穿整个品粒的侧板条铁素体(Ferrite side plate,. 的冷却速率依次为3.41、0.78、0.17℃s.HAZ试 FSP). 样在-20℃进行夏比冲击试验.随后从平行于夏图3为3Mg1A1和3Mg20A1钢样HAZ组织中比冲击断口试样横截面的表面取HAZ试样.首夹杂物形貌及扫描电镜面扫描图像.在3MglA1 先，试样经抛光后采用钢中夹杂物自动分析仪进中，500倍视场下观察到尺寸约为2.55um的夹杂行分析.然后，采用体积分数4%的硝酸酒精溶液物位于IAF占据的奥氏体晶粒内部，如图3(a)中腐蚀HAZ试样并通过金相显微镜(OM)和扫描电方框所标识.在5000倍视场下，如图3(b)所示，该镜-能谱仪观察HAZ组织.本文研究主要关注等夹杂物位于4个发射状铁素体的中心.可推测，这效圆直径大于1m的夹杂物.对每个钢样中典型 4个针状铁素体板条直接由同一夹杂物诱发形核. 夹杂物进行面扫描以分析夹杂物内部元素分布. 该类夹杂物可视为IAF的有效形核核心)根据 2实验结果及讨论图3(c)所示的能谱面分析结果可知，该夹杂物由直径为1.76um的球形Mg0粒子与外围MnS相 2.1典型夹杂物形貌及成分组成图1为3MglA1和3Mg20Al钢中典型MgO-MnS 3Mg20A!钢HAZ组织扫描电镜观察形貌如夹杂物的形貌和成分.面分析结果表明，3Mg1A1 图3(d)所示.可见，粗大的GBF包围平行的FSP, 钢中MgO-MnS夹杂物由直径约2.0um的单一难以发现1AF.同时观察到尺寸约1.78m的晶内 MgO粒子和外围MnS相组成.而3Mg20A1钢中夹杂物.在5000倍视场下，如图3(e)所示，该夹杂 MgO-MnS夹杂物形貌明显不同，由4个直径小物位于铁素体基体中并无发射状铁素体.由于该于1.0um的Mg0粒子和不规则的作为“基体”的类型夹杂物周围缺少发射状铁素体，故视其为IAF 表1钢样化学成分（质量分数） Table 1 Measured chemical compositions of steel samples Steels C Si Mn P Ti Mg Al 0 N 3Mg1Al 0.082 0.22 1.56 0.006 0.005 0.011 0.0027 0.001 0.0011 0.0032 3Mg20Al 0.082 0.22 1.56 0.006 0.004 0.011 0.0027 0.020 0.0007 0.0032

粒内部针状铁素体的异相形核点，形成交叉互锁状的细小晶内针状铁素体（ Intragranular acicular ferrite, IAF），从而提高厚板 HAZ 韧性[16] . 夹杂物特性，包括成分、尺寸和形貌等，在 IAF 形核中发挥重要作用[17−21] . 目前，强脱氧剂，如 Mg，已应用于开发先进的氧化物冶金技术[22−25] . 本文研究了不同 Al 含量 Mg 脱氧钢中夹杂物对 400 kJ·cm−1 大线能量焊接 HAZ 组织及冲击韧性的影响. 1 实验方法通过 50 kg 真空感应炉分别冶炼 2 组 Mg 脱氧钢样，编号 3Mg1Al 和 3Mg20Al. 表 1 为钢样主要化学成分 . 如表 1 所示， 3Mg1Al 和 3Mg20Al 中 Al 质量分数分别为 10×10‒6 和 200×10‒6，其他元素含量接近. 随后浇注成 120 mm×180 mm×240 mm 铸锭. 每个铸锭经热轧成 50 mm 厚钢板. 为了评价实验钢板 HAZ 韧性，采用 Gleeble 3800 热模拟试验机进行大线能量焊接热模拟实验，模拟 50 mm 厚钢板 400 kJ·cm−1 埋弧焊. 实验过程中，峰值温度为 1400 ℃ 并保温 3 s. 从 1400 冷却至 800 ℃ 、 800 冷却至 500 ℃ 、 500 冷却至 300 ℃ 的冷却速率依次为 3.41、0.78、0.17 ℃·s−1 . HAZ 试样在−20 ℃ 进行夏比冲击试验. 随后从平行于夏比冲击断口试样横截面的表面取 HAZ 试样. 首先，试样经抛光后采用钢中夹杂物自动分析仪进行分析. 然后，采用体积分数 4% 的硝酸酒精溶液腐蚀 HAZ 试样并通过金相显微镜（OM）和扫描电镜‒能谱仪观察 HAZ 组织. 本文研究主要关注等效圆直径大于 1 μm 的夹杂物. 对每个钢样中典型夹杂物进行面扫描以分析夹杂物内部元素分布. 2 实验结果及讨论 2.1 典型夹杂物形貌及成分图1 为3Mg1Al 和3Mg20Al 钢中典型MgO‒MnS 夹杂物的形貌和成分. 面分析结果表明，3Mg1Al 钢中 MgO ‒MnS 夹杂物由直径约 2.0 μm 的单一 MgO 粒子和外围 MnS 相组成. 而 3Mg20Al 钢中 MgO‒MnS 夹杂物形貌明显不同，由 4 个直径小于 1.0 μm 的 MgO 粒子和不规则的作为“基体”的 MnS 相组成. 2.2 夹杂物统计分析 3Mg1Al 和 3Mg20Al 钢中夹杂物自动统计分析的分析面积分别为 38.8 和 31.6 mm2 ，夹杂物个数分别为 3750 和 3003. 3Mg1Al 和 3Mg20Al 钢中夹杂物数量密度分别为 96.65 和 95.03 mm‒2，平均尺寸分别为 3.47 和 2.03 μm. 图 2 为两组钢样中夹杂物尺寸分布. 3Mg1Al 和 3Mg20Al 钢中尺寸在 2～ 5 μm 之间的夹杂物频率分别为 72.29% 和 29.77%. 相对而言，3Mg20Al 钢中尺寸在 1～2 μm 之间的夹杂物频率高达 63.73%. 可见，3Mg20Al 钢中夹杂物比 3Mg1Al 钢中夹杂物尺寸略小. 2.3 HAZ 组织与韧性通过对实验钢样 400 kJ·cm−1 大线能量焊接 HAZ 组织观察发现，在 3Mg1Al 和 3Mg20Al 钢 HAZ 组织中均可明显观察到呈网状分布的晶界铁素体（Grain boundary ferrite, GBF） . 然而， 3Mg1Al 的奥氏体晶粒内部组织明显不同于 3Mg20Al. 在 3Mg1Al 钢中，发达的 IAF 几乎占据整个奥氏体晶内部分. 不同于 3Mg1Al，3Mg20Al 晶内组织主要是贯穿整个晶粒的侧板条铁素体（Ferrite side plate, FSP）. 图 3 为 3Mg1Al 和 3Mg20Al 钢样 HAZ 组织中夹杂物形貌及扫描电镜面扫描图像. 在 3Mg1Al 中，500 倍视场下观察到尺寸约为 2.55 μm 的夹杂物位于 IAF 占据的奥氏体晶粒内部，如图 3（a）中方框所标识. 在 5000 倍视场下，如图 3（b）所示，该夹杂物位于 4 个发射状铁素体的中心. 可推测，这 4 个针状铁素体板条直接由同一夹杂物诱发形核. 该类夹杂物可视为 IAF 的有效形核核心[19] . 根据图 3（c）所示的能谱面分析结果可知，该夹杂物由直径为 1.76 μm 的球形 MgO 粒子与外围 MnS 相组成. 3Mg20Al 钢 HAZ 组织扫描电镜观察形貌如图 3（d）所示. 可见，粗大的 GBF 包围平行的 FSP，难以发现 IAF. 同时观察到尺寸约 1.78 μm 的晶内夹杂物. 在 5000 倍视场下，如图 3（e）所示，该夹杂物位于铁素体基体中并无发射状铁素体. 由于该类型夹杂物周围缺少发射状铁素体，故视其为 IAF 表 1 钢样化学成分（质量分数） Table 1 Measured chemical compositions of steel samples % Steels C Si Mn P S Ti Mg Al O N 3Mg1Al 0.082 0.22 1.56 0.006 0.005 0.011 0.0027 0.001 0.0011 0.0032 3Mg20Al 0.082 0.22 1.56 0.006 0.004 0.011 0.0027 0.020 0.0007 0.0032 · 10 · 工程科学学报，第 42 卷，增刊 1

12 工程科学学报，第42卷，增刊1 (a) (b) GBF Nucleant 20μm IAF 2 um 0 Mg Kel 2 Mn Kal Mn (c) 1μm 1μm I um I um I um (d) FSP (e) Non-nucleant GBF 20μm 24m Mg Kal 2 Mn Kal Mg Mn () 1 um I um I um 1 um I um 图3HAZ组织中夹杂物形貌及扫描电镜面扫描图像.(a~c)3MglA:(d~f)3Mg20Al Fig.3 Morphologies and SEM mapping images of the inclusions in the HAZ microstructures for experimental steels:(a-c)3MglAl;(d-f)3Mg20Al 为形核核心的MgO-MnS复合夹杂物由中心MgO 该类型夹杂物却不具备，所以30Mg1A1中HAZ晶和外围MnS组成；而30Mg20Al中的MgO-MnS 内组织为塑性的IAF,而30Mg20A1中的为脆性侧复合夹杂物为多个细小的MgO粒子嵌入MnS,如板条铁素体.故未添加Al的Mg脱氧钢HAZ韧性图3(f)所示.30Mg20A1中这种复合夹杂物不能作较添加A1的更加优异为IAF形核核心，如图3(e)所示.30 Mg1Al中，由于HAZ组织中的MgO-MnS复合夹杂物诱发形参考文献成发达的IAF,从而获得优异的400kJcm大线能 [1]Pervushin G V,Suito H.Effect of primary deoxidation products of 量焊接HAZ韧性.而30Mg20AI中缺乏诱发IAF Al2O3,ZrOz.Ce2O;and Mgo on TiN precipitation in 形核核心，无法抑制FSP的形成.因此，30Mg20Al Fe-10mass%Ni alloy./S/J /nt,2001,41(7):748 的HAZ韧性恶化. [2]Kimura S,Nakajima K,Mizoguchi S.Behavior of alumina- magnesia complex inclusions and magnesia inclusions on the 3结论 surface of molten low-carbon steels.Metall Mater Trans B,2001, 32(1):79 (1)未添加A1的30Mg1A1钢中夹杂物数量密 [3]Park S C,Jung I H,Oh K S,et al.Effect of Al on the evolution of 度为96.65mm2,与添加A1的30Mg20A1钢中的 non-metallic inclusions in the Mn-Si-Ti-Mg deoxidized steel 95.03mm2接近.而前者夹杂物平均尺寸为3.47m, during solidification:Experiments and thermodynamic calcu- 大于后者的2.03m. lations.ISU1m,2004,44(6:1016 (2)尽管30Mg1A1和30Mg20A1钢中主要氧硫 [4]Ohta H,Suito H.Characteristics of particle size distribution of 化物复合夹杂物成分均为MgO-MnS,但二者的 deoxidation products with Mg,Zr,Al,Ca,Si/Mn and Mg/Al in 形貌明显不同.前者由中心的单一MgO粒子与外 Fe-10mass%Ni alloy.IS/J /nt,2006,46(1):14 [5]Ohta H,Suito H.Effects of dissolved oxygen and size distribution 围MnS相组成，而后者为数个细小MgO粒子嵌 on particle coarsening of deoxidation product./S/J Int,2006, 入MnS相中 46(1):42 (3)由于30 Mg1Al中的MgO-MnS复合夹杂 [6]Takamura J,Mizoguchi S.Metallurgy of oxides in steels:I. 物能诱发晶内针状铁素体形核，而30Mg20A1中的 Roles of oxides in steels performance /The Sixth International

为形核核心的 MgO‒MnS 复合夹杂物由中心 MgO 和外围 MnS 组成；而 30Mg20Al 中的 MgO ‒MnS 复合夹杂物为多个细小的 MgO 粒子嵌入 MnS，如图 3（f）所示. 30Mg20Al 中这种复合夹杂物不能作为 IAF 形核核心，如图 3（e）所示. 30Mg1Al 中，由于 HAZ 组织中的 MgO‒MnS 复合夹杂物诱发形成发达的 IAF，从而获得优异的 400 kJ·cm−1 大线能量焊接 HAZ 韧性. 而 30Mg20Al 中缺乏诱发 IAF 形核核心，无法抑制 FSP 的形成. 因此，30Mg20Al 的 HAZ 韧性恶化. 3 结论（1）未添加 Al 的 30Mg1Al 钢中夹杂物数量密度为 96.65 mm−2，与添加 Al 的 30Mg20Al 钢中的 95.03 mm−2 接近. 而前者夹杂物平均尺寸为 3.47 μm，大于后者的 2.03 μm. （2）尽管 30Mg1Al 和 30Mg20Al 钢中主要氧硫化物复合夹杂物成分均为 MgO‒MnS，但二者的形貌明显不同. 前者由中心的单一 MgO 粒子与外围 MnS 相组成，而后者为数个细小 MgO 粒子嵌入 MnS 相中. （3）由于 30Mg1Al 中的 MgO‒MnS 复合夹杂物能诱发晶内针状铁素体形核，而 30Mg20Al 中的该类型夹杂物却不具备，所以 30Mg1Al 中 HAZ 晶内组织为塑性的 IAF，而 30Mg20Al 中的为脆性侧板条铁素体. 故未添加 Al 的 Mg 脱氧钢 HAZ 韧性较添加 Al 的更加优异. 参考文献 Pervushin G V, Suito H. Effect of primary deoxidation products of Al2O3 , ZrO2 , Ce2O3 and MgO on TiN precipitation in Fe−10mass%Ni alloy. ISIJ Int, 2001, 41（7）: 748 [1] Kimura S, Nakajima K, Mizoguchi S. Behavior of aluminamagnesia complex inclusions and magnesia inclusions on the surface of molten low-carbon steels. Metall Mater Trans B, 2001, 32（1）: 79 [2] Park S C, Jung I H, Oh K S, et al. Effect of Al on the evolution of non-metallic inclusions in the Mn−Si−Ti−Mg deoxidized steel during solidification: Experiments and thermodynamic calculations. ISIJ Int, 2004, 44（6）: 1016 [3] Ohta H, Suito H. Characteristics of particle size distribution of deoxidation products with Mg, Zr, Al, Ca, Si/Mn and Mg/Al in Fe−10mass%Ni alloy. ISIJ Int, 2006, 46（1）: 14 [4] Ohta H, Suito H. Effects of dissolved oxygen and size distribution on particle coarsening of deoxidation product. ISIJ Int, 2006, 46（1）: 42 [5] Takamura J, Mizoguchi S. Metallurgy of oxides in steels: Ⅰ. Roles of oxides in steels performance // The Sixth International [6] (a) (d) (e) 1 μm 1 μm 1 μm 1 μm 1 μm 1 μm O O Kα1 Mn Kα1 S Mn (b) (c) MnS MgO 20 μm 2 μm Mg Kα1 2 IAF Nucleant 1 2 3 4 GBF FSP Mg S Kα1 1 μm 1 μm 1 μm 1 μm 1 μm 1 μm O O Kα1 Mn Kα1 S Mn (f) MnS MgO 20 μm 2 μm Mg Kα1 2 Non-nucleant GBF Mg S Kα1 图 3 HAZ 组织中夹杂物形貌及扫描电镜面扫描图像. （a～c）3Mg1Al；（d～f）3Mg20Al Fig.3 Morphologies and SEM mapping images of the inclusions in the HAZ microstructures for experimental steels: (a−c) 3Mg1Al; (d−f) 3Mg20Al · 12 · 工程科学学报，第 42 卷，增刊 1